EE.UU. anuncia "un gran avance científico" en el ámbito de la fusión nuclear

El Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de EE.UU. ha anunciado este martes que el pasado 5 de diciembre realizó con éxito el primer experimento de fusión controlada para conseguir la ignición por fusión. Como resultado, los científicos lograron generar más energía que la que se gastó en el láser.

La secretaria de Energía de EE.UU., Jennifer M. Granholm, y la subsecretaria de Seguridad Nuclear y Administradora de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA, por sus siglas en inglés), Jill Hruby, realizaron el anuncio este martes.

"Este avance cambiará el futuro de la energía limpia y la defensa nacional de Estados Unidos para siempre", ha anunciado el Departamento de Energía en su cuenta de Twitter.

Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California confirmaron que el experimento superó el umbral de fusión al entregar 2,05 megajulios de energía al objetivo, lo que resultó en 3,15 MJ de salida de energía de fusión, demostrando por primera vez la base científica fundamental para la energía de fusión inercial.

Los impulsores de la fusión esperan que algún día pueda producir energía casi ilimitada y libre de carbono, reemplazando a los combustibles fósiles y otras fuentes de energía tradicionales. "Deberíamos impulsar la disponibilidad de sistemas de energía de fusión para hacer frente al cambio climático y la seguridad energética", indicó el profesor Dennis Whyte, director del Centro de Ciencia del Plasma y Fusión del Instituto Tecnológico de Massachusetts y líder en la investigación. "Esto es casi como un disparo de salida", comentó sobre el experimento.

Energía de fusión nuclear

Según la Agencia Internacional de Energía Atómica (IAEA, por sus siglas en inglés), la fusión nuclear combina dos o más núcleos de átomos ligeros en uno más pesado, liberando una gran cantidad de energía en el proceso en forma de calor. Ese calor es la clave para producir energía eléctrica. Los científicos han tratado de aprovechar esta reacción durante décadas, pero hasta ahora no han podido hacerlo de una manera que genere más energía de la que se gasta.

Las reacciones de fusión nuclear se producen en un estado de la materia denominado plasma. Este sería un material supercaliente dotado de partículas con carga eléctrica, compuesto por iones positivos (núcleos atómicos) y por electrones que se desplazan libremente. El plasma tiene propiedades únicas que lo distinguen de los sólidos, los líquidos y los gases.

En el Sol, los núcleos del plasma necesitan colisionar unos contra otros a temperaturas altísimas, de más de 10 millones de grados Celsius, para vencer su repulsión eléctrica mutua. Una vez que los núcleos vencen esa repulsión y se encuentran a muy escasa distancia unos de otros, la fuerza nuclear atractiva entre ellos será mayor que la repulsión eléctrica y podrán fusionarse. La presión extrema producida por su inmensa gravedad del Sol, confina a los núcleos en un espacio pequeño, donde se incrementan las posibilidades de colisión y se generan las condiciones propicias para que se produzca la fusión.

Los proyectos de fusión utilizan principalmente como combustible los elementos deuterio y en menor medida tritio, ambos isótopos de hidrógeno. El deuterio es abundante en el agua de mar y aunque el tritio es más raro y más difícil de obtener, se puede fabricar sintéticamente a partir del litio.

En la Tierra, al no disponer de las condiciones del Sol, se necesitan temperaturas superiores a los 100 millones de grados Celsius y una intensa presión para conseguir que el deuterio y el tritio se fusionen. También se requiere un confinamiento suficiente para retener el plasma y mantener una reacción de fusión durante un lapso lo suficientemente prolongado como para obtener una ganancia de potencia neta, que se refiere a la relación entre la energía de fusión producida y la energía utilizada para calentar el plasma.

¿Cómo se aprovecha la energía de la fusión nuclear?

Actualmente, la mayor parte de la investigación sobre fusión nuclear se centra en un enfoque con base en un "reactor de confinamiento magnético", como el Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER, por sus siglas en inglés) en Francia.

La otra forma usa un "reactor de confinamiento inercial" como el que se encuentra en la Instalación Nacional de Ignición de Estados Unidos, ubicada en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California.

Este reactor utiliza los láseres más potentes del mundo para generar energía. Los láseres calientan las paredes interiores de un contenedor de forma cilíndrica chapado en oro, llamado hohlraum, donde se encuentra la cápsula que contiene la pastilla de combustible de deuterio y tritio. La interacción entre el láser y el hohlraum genera rayos X, que calientan y comprimen la cápsula hasta crear un punto caliente en el centro de la pastilla en el que tienen lugar las reacciones de fusión. La energía recolectada de los neutrones y las partículas alfa se extrae como calor.

Los resultados preliminares indicaron que se produjeron alrededor de 2,5 megajulios de energía, alrededor del 120 % de los 2,1 megajulios de la energía utilizada en el láser. El pasado año, este laboratorio estuvo lo más cerca nunca antes logrado de una ganancia neta de energía, cuando produjo 1,37 megajulios, alrededor del 70 % de la energía del láser utilizado en esa reacción de fusión.

Los científicos de todo el mundo han estado estudiando la fusión nuclear durante décadas, con la esperanza de recrearla con una nueva fuente que proporcione energía ilimitada y libre de carbono, sin los desechos nucleares creados por los reactores nucleares actuales.

¿En qué se diferencia la fusión de la fisión nuclear?

La fisión nuclear es lo contrario a la fusión. En la fisión se divide un átomo más grande en dos o más pequeños. La fisión nuclear es el tipo de energía que alimenta los reactores nucleares de todo el mundo en la actualidad. Al igual que la fusión, el calor creado a partir de la división de átomos también se utiliza para generar energía.

Aunque la energía nuclear no produce emisiones de carbono, sí genera desechos radiactivos volátiles que deben almacenarse de manera segura y conllevan riesgos de seguridad. Accidentes nucleares en reactores de fisión se han producido a lo largo de la historia con resultados catastróficos de gran alcance. Por su parte, la fusión nuclear no conlleva los mismos riesgos de seguridad, y los materiales utilizados para alimentarla tienen una vida media mucho más corta que la fisión.